给水泵汽轮机调节阀阀座现场更换工艺的创新与应用

2017-03-01赵超朱妍

综合智慧能源 2017年1期

关键词：车刀阀座汽机

赵超，朱妍

(1.江苏阚山发电有限公司，江苏徐州 221011；2.西安工业大学光电工程学院，西安 710000)

给水泵汽轮机调节阀阀座现场更换工艺的创新与应用

赵超1，朱妍2

(1.江苏阚山发电有限公司，江苏徐州 221011；2.西安工业大学光电工程学院，西安 710000)

介绍了一种高温高压阀座的更换工艺,根据该工艺设计出一种新型便携式车削工具，包括刀头、垂直导向内套筒、外套筒、固定法兰、手轮、锁紧抱箍等主要结构。根据阀座的深度和阀座孔内径尺寸，合理调整车刀的水平位置与深度，在电动头驱动下可实现车刀从上至下的螺旋运动，完成整个给水泵汽轮机调门阀座现场车削过程。该工艺降低了操作难度，缩短了更换工期，提高了工作效率。

给水泵汽轮机；阀门工艺；车削工具；调节阀阀座

1 给水泵汽轮机工作原理

江苏阚山发电有限公司给水泵汽轮机(俗称小汽机)为杭州汽轮机厂引进西门子技术设计制造的NK63/71/0汽轮机，为单缸、单流、单轴、反动式、纯凝汽、外切换式。正常工作时汽源为汽轮机第四段抽汽，备用汽源为高压缸排汽，启动调试汽源为辅助蒸汽。工作蒸汽先经速关阀(SSV)进入蒸汽室，蒸汽室内装有提板式调节汽阀，油动机通过杠杆机构操纵提板(闸梁)决定调节阀开度，控制进入小汽机蒸汽流量[1]。而备用蒸汽由管道调节阀控制。管道调节阀的出口法兰连接在速关阀上，备用蒸汽经管道调节阀调节后，相继通过速关阀、调节阀、喷嘴进入调节级做功，此时调节阀全开，不起调节作用。

该公司小汽机启动调试汽源为辅助蒸汽，辅助蒸汽母管压力正常为0.8～1.0 MPa，温度200～380℃。在2015年3月9日启动过程中，投入自动模式，设定目标转速800 r/min，当SSV全开而低压调节阀未开，小汽机转速急剧增至1 700 r/min。

由图1可判断出因小汽机调节阀不严，辅助蒸汽从阀门泄漏，汽机初始进汽量偏离了目标值，汽机转子升速率偏大，汽流激振力增大，在启动过程中转子振动和汽机轴向位移异常增大，致使小汽机不能满足正常启动条件。在这种情况下如果为实现小汽机启动，现场采用调节进汽SSV开度的方案对蒸汽量加以控制，而小汽机调节阀不严导致最严重的危害就是小汽机超速。小汽机作为给水泵的原动机，具有强大的动力矩，超速运转致使转子零件的应力将超出允许的数值，可能导致叶片甩脱、轴承损坏、转子断裂，甚至整个小汽机报废。因此，小汽机超速是对人身安全和设备危害极大的恶性事故[2]。为贯彻执行《防止电力事故二十五项反措》要求，保证电力系统安全稳定经济运行，阀门严密性试验与阀门更换工作刻不容缓。

图1 低压调节阀阀座更换前速关阀、低压调节阀开度与转速曲线

2 阀座更换工艺介绍

对于阀座更换的工艺，通过文献调研得到以下3种拆卸工艺。

(1)干冰对阀座进行冷冻收缩处理[3]。由于阀座金属与母体金属的膨胀系数不同，阀座元件冷冻后收缩程度大，使得阀座元件从母体脱出。然而，该方案需要将调节门整套拆除返厂处理，现有条件下现场无法进行冷拆除工艺，在较短工期内或抢修期间，上述方案满足不了工期和质量的要求。

(2)液氮冷拆卸法。采用冷拆除的方案将阀座取出，原理上和使用干冰冷拆除工艺是一致的。

冷却阀座元件到一定温度，受液氮冷冻后其收缩程度比母体收缩程度大，使得阀座元件能够从母体脱出。

(3)电加热法。加热法是过盈配合最常用的拆卸方法，其原理是通过交流电在母体金属内部产生交变电涡流，电涡流由于金属内电阻会发热，用来加热母体，增加母体与阀座的温差，使阀座脱离母体。

上述拆除阀座工艺均存在工期较长、工序复杂和材质受温度影响等一系列的问题，要实现现场更换阀座，需要研究和开发一种新型工具，能够满足快捷、实用、易操作的要求，从而减少工序和工作量，缩短工期，保证阀座的金属材质不受安装工艺影响。

3 专用工具介绍

工艺上创新离不开检修工具的使用。该公司在小汽机调节阀阀座现场更换中，设计出一种新型实用工具，它包括车刀、垂直导向内套筒、外套筒、固定法兰、手轮、锁紧环等主要结构，如图2所示，实质上该工具是一种便携式可移动车床，车刀在电动头的驱动下在阀座内部可以做旋转运动，而车刀在水平方向上可伸缩，调整车刀在水平方向上的进刀量。外套筒通过锁紧环固定在法兰盘上，法兰盘安装在调节阀端盖上，作为车床的基础，导向内套与外套筒是通过螺纹连接，配合键约束内套筒旋转，保证内外套筒之间只存在竖直方向相对位移，不发生相对旋转运动。通过手轮旋转螺纹，调整内外套之间的竖直方向相对位置，实现车刀在竖直方向上位移的调整。根据阀座的深度和阀座孔内径尺寸，合理调整车刀的水平位置与深度，在电动头驱动下实现车刀从上至下的螺旋运动，完成整个阀座车削过程。

图2 专用工具结构

4 拆除阀座过程

使用前先将阀芯拆除，将阀孔用棉布封堵，防止在车削过程中掉入杂物。吊装该工具并固定在调门端盖上，法兰盘依靠锁紧环固定外套筒进入阀室的深入量，起到粗调车刀深度的作用。法兰固定牢固，按照从上到下的车削工序，根据阀座的深度参数，逐步调整车刀深度，根据阀孔半径，改变车刀水平方向的伸缩量，逐步增加车削半径。车刀在水平和垂直方向上定位正确后，启动电动头，缓慢车削完成一个水平面上工作后，调整车刀深度和车削半径，按上述方式继续进行每个水平面上的工作。因为电机是定速的，电机带动传动轴驱动车刀旋转要特别注意进刀量的大小，进刀量过大，所需转矩过大使得电机转速降低；进刀量过小，所需转矩过小车削进度缓慢。通过测量调整，确定每次进刀量在3～4 mm比较合适。完成整个阀座车削后，拆卸该工具并用吸尘器将阀座清扫干净保证阀室内无杂质，然后取出阀孔封堵。安装新阀座时，用干冰冷冻收缩一段时间后装入母体，结合面采用点焊将它最终定位。

本次检修不采取传统冷冻拆除的方案，保证了母材在冷处理过程中金属晶相结构的稳定性和维修前后结构上的精度。启动后，速关阀全开时，低压调节阀缓慢打开，小汽机转速稳步升至800 r/min，如图3所示。满足小汽机启动条件，保证了机组顺利启动。